天然衍生的混合纖維素酯及其相關方法
【專利說明】天然衍生的混合纖維素酯及其相關方法
【背景技術】
[0001] 本發明涉及衍生自天然產物的混合纖維素酯及其相關方法。
[0002] 纖維素酯，和最常見的乙酸纖維素，用于多種應用，包括紡織品纖維、香煙過濾嘴、 塑料、膜和漆料。一般，乙酸纖維素為通過使用乙酸酐和乙酸酯化纖維素（例如，來自木漿 的纖維素）獲得的半合成聚合物。對于高級碳酯，可以使用高級碳酸（例如丙酸和丁酸）。
[0003] 因為其就改進的加工性質和最終產物特征而言的潛力，長鏈纖維素酯（例如，大 于約4個碳的鏈長度）具有商業興趣。例如，長鏈纖維素酯可以具有較低的熔點和在極性 較小的溶劑中增加的溶解性。此外，一旦處于最終產物（例如，流延后的膜）的形式，沖擊 強度可以大于短鏈纖維素酯。然而，長鏈纖維素酯合成通常使用純化的反應物，其產生具有 一定結晶度（例如，多糖排列）的長鏈纖維素酯，其減少了性質受到影響的程度。即，熔點 不隨著結晶度一樣多地降低，并且其它性質也是類似的。
[0004] 具體說明
[0005] 本發明涉及衍生自天然產物的混合纖維素酯及其相關方法。
[0006] 在一些實施方案中，本發明提供了衍生自天然反應物的混合纖維素酯，所述天然 反應物例如，天然纖維素來源和天然酯化反應物（例如，玉米油脂肪酸）。天然酯化反應物 可以具有脂肪酸碳鏈長度的混合，其可以產生具有降低的玻璃化轉變溫度和較低的熔融溫 度的纖維素酯。不受限于理論，據信相比于來自純化形式的長鏈纖維素酯，酯的混合鏈長度 可以進一步抑制多糖結晶，其可以有利地進一步降低玻璃化轉變溫度和降低熔融溫度。
[0007] 衍生自天然反應物的混合纖維素酯作為粘合劑、塑料、涂料、膜等等中的熔體可加 工的纖維素酯可以是特別有用的。
[0008] 此外，本文描述的纖維素酯的性質（例如，玻璃化轉變溫度、熔點和溶解度）可以 取決于就天然酯化反應物而言的來源或來源的混合。因此，可以使用天然酯化反應物的混 合物調節纖維素酯性質。
[0009] 此外，本文描述的纖維素酯可以具有環境益處。例如，在降解時，纖維素酯可以，至 少部分地，復原回其天然反應物。此外，天然酯化反應物的使用可以允許制造商利用其它制 造工藝的廢物流。
[0010] 應該注意當本文中參照數字列表中的數字使用"約"時，術語"約"修飾了數字列 表中的每個數字。應該注意在范圍的一些數字列表中，列出的一些下限可以大于列出的一 些上限。本領域技術人員將要認識到所選擇的子集將要要求選擇超過所選下限的上限。
[0011] -些實施方案可以涉及用天然酯化反應物或其衍生物酰化纖維素。在一些實施方 案中，乙酰化可以通過以下的至少一種進行：Fischer酯化、酶促酯化、酰基氯酯化、活化酰 化等等。天然酯化反應物的衍生物可以包括皂化的天然酯化反應物。
[0012] 在一些實施方案中，纖維素可以未衍生的纖維素或衍生的纖維素（例如，乙酸纖 維素）。在一些實施方案中，纖維素可以衍生自天然纖維素來源。天然纖維素來源的實例 可以包括但不限于，軟木、硬木、棉絨、柳枝稷、竹、甘蔗渣、工業大麻、柳、白楊木、多年生草 (例如，Miscanthus科的草）、細菌纖維素、種子殼（例如，大豆）、再生的纖維素等等，和其 任何組合。
[0013] 天然酯化反應物的實例可以包括但不限于，從例如以下的植物和種子油提取的脂 肪酸：玉米、亞麻子、大麻，大豆，油菜、椰子、可可、棕櫚、棉籽、葡萄籽、杏仁、花生、橄欖等 等，和其任何組合。衍生自天然衍生的脂肪酸的組成的實例提供在表1中。應該注意的是 這些是示例性實例，天然衍生的脂肪酸混合物的確切組成可以不同，例如，取決于確切的來 源和提取技術。
[0014] 表 1
[0015]
[0016] 在一些實施方案中，兩種或更多種天然酯化反應物的混合物可以用于合成本文描 述的天然纖維素酯。在一些實施方案中，天然本文描述的纖維素酯可以包含用具有不同的 碳鏈長度的多個酯衍生的纖維素。在一些實施方案中，不同的鏈長度可以對應于天然脂肪 酸的鏈長度分布。
[0017] 在一些實例中，本文描述的天然纖維素酯的性質可以尤其取決于天然纖維素酯所 衍生自的纖維素來源。不受限于理論，據信其它組分，例如，木質素和/或半纖維素，及其在 各種纖維素來源中的濃度導致了衍生自其的天然纖維素酯的不同性質。
[0018] 在一些實施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以具有如下的取代度：從約0. 2、 〇. 5或1的下限到約3、2. 7、2. 2、2或1. 5的上限，并且其中取代度可以從任何下限到任何上 限并且包含其間任何子集。取代度可以尤其取決于反應路徑、反應物（例如，纖維素和天然 酯化反應物）的濃度、反應物的組成、反應條件（例如，溫度、壓力、時間等等）等等，和其任 何組合。
[0019] 在一些實施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以具有如下的玻璃化轉變溫度 (例如，通過03(：測量的） ：從約-55°(：、-35°(：、0°(：、10°(：、30°(：、60°(：、80°(：或100°(：的下限 到約170°C、150°C或130°C的上限，并且其中取代度可以從任何下限到任何上限并且包含 其間任何子集。取代度可以尤其取決于，反應路徑、反應物（例如，纖維素和天然酯化反應 物）的濃度、反應物的組成（例如，天然酯化反應物的組成）、反應物的性質（例如，纖維素 的分子量）、反應條件（溫度、壓力、時間等等）、纖維素來源等等，和其任何組合。
[0020] 在一些實施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以不具有真正熔融溫度。如本文 所用的，術語"熔融溫度"是指聚合物鏈從結晶結構過渡到非結晶結構所處的溫度。即，本 文描述的天然纖維素酯的結晶度可以如此地受到干擾，以至于熔點可以是通過差示掃描量 熱法（"DSC"）不可觀察到的。
[0021] 在一些實施方案中，本文描述的天然纖維素酯可以用于例如以下的至少一種的產 品：纖維素酯纖維、纖維素酯纖維絲束、紡織品纖維、香煙過濾嘴、塑料、膜、模制制品、分層 的制品、化妝品、漆料、粘合劑等等。
[0022] 本文公開的實施方案包括：
[0023] A :方法，其包括用天然酯化反應物或其衍生物酰化纖維素以產生天然纖維素酯；
[0024] B :天然纖維素酯，其包含用具有不同的碳鏈長度的多個酯衍生的纖維素，所述具 有不同的碳鏈長度的多個酯基本上對應于天然脂肪酸的鏈長度分布；和
[0025] C :產品，其包含實施方案B的天然纖維素酯。
[0026] 實施方案A可以具有以下另外要素的一者或多者的任何組合：要素 1 :通過 Fischer酯化、酶促酯化、酰基氯酯化和活化酰化的至少一種進行的酰化；要素2 :衍生物是 皂化的天然酯化反應物；和要素3:包含從選自植物、種子、玉米、亞麻子、大麻，大豆，油菜、 椰子、可